JP4132400B2

JP4132400B2 - 位相シフトマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JP4132400B2
Application number: JP13959899A
Authority: JP
Inventors: 智岡崎; 英雄金子; 保丸山; 判臣稲月
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: JP2000330257A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相シフトマスク、特にハーフトーン位相シフトマスク、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールのより微細化が求められているが、そのパターン形成に使われるフォトマスクもより微細化することが求められている。この要求に応えるために、種々の位相シフトマスクが開発されてきたが、マスク作成が比較的容易なハーフトーン位相マスクが実用化されている。このハーフトーン位相マスクの原理を説明すると、図４に示すように、石英基板ａ上に光の位相を変化させるシフターｂを設けることにより、シフターｂを通過して位相が変わった光と、シフターｂを通過せずに位相の変わっていない光との干渉を利用して、解像力を向上させるものであるが、位相は１８０度正確に変換させる必要がある。また、マスク製造時にパーティクルや欠陥発生を抑え込んでいくことも必要である。これは、微細化されたパターンとパーティクルや欠陥が同じ大きさのものであれば、所望するパターン上に欠陥に起因するパターンが描画されることになり、マスク製造時の歩留まりを下げ、最終的には半導体回路の製品歩留まりを低下させてしまう危険性があるからである。
【０００３】
従来、ハーフトーン位相シフトマスクとしては、モリブデンシリサイド系のものがシフター材料として実用化されているが、これには以下のような問題点があった。
【０００４】
従来使われてきたハーフトーン位相シフトマスクにおいては、モリブデンシリサイド系のシフター膜が非常に成膜し難い材料であったため、完成マスクにする前の段階のフォトマスクブランクスの段階で、製造歩留まりを極端に下げてしまっていた。
【０００５】
その原因はいくつか考えられるが、中でも大きな要因は以下の２点である。
（１）反応性スパッターであるため
ＭｏＳｉ系シフター材料は、ターゲットとしてＭｏＳｉ_x（但し、ｘは２〜３）のＭｏとＳｉの焼結体を用いる場合がほとんどで、このスパッター時に、反応性ガスとして酸素、窒素、メタン等を大量に流している。ところが、これらのガスは反応性が高く、ターゲット中心へガスが届くまでの間に膜中にガス成分が取り込まれ、ターゲット中心の方向に向かって膜質に大きな差が発生する。この膜質差は、シフター材料の膜質分布として屈折率変化に大きく効いてくるばかりでなく、プラズマ内での気相中でのパーティクル成長の原因となって、シフター膜中に多くの欠陥を発生させてしまう。
【０００６】
この反応性ガスの流量を減らせば、パーティクルや欠陥の発生は抑えることができるが、あまり減らし過ぎると、所定の透過率にまで透過率を上げることができない。
【０００７】
（２）ターゲット密度が充分に高くできないため
更に、従来のＭｏＳｉ系ハーフトーン位相シフトマスクの欠点は、前記したように、Ｍｏ金属とＳｉ金属の焼結体がターゲットとして用いられているため、緻密なターゲット材が作れず、本来の密度より低い嵩高のターゲット材になってしまう点にある。
【０００８】
このように、密度の低いターゲットでスパッターした場合には、パーティクルや欠陥が発生しやすく、また、ターゲット表面も反応性ガスで腐食・酸化されやすくなっており、益々欠陥が発生しやすくなる方向にある。
【０００９】
これらはシフター膜の欠陥という観点からの問題であるが、更に従来の位相シフトマスクには、膜質分布が均一でないという大きな問題があった。
【００１０】
この理由は、前記したように、反応性スパッターで反応性ガスから多くの成分を膜中に取り込まなければならなかったためである。この膜質分布が悪い場合には、下記式（１）で示す位相シフト角度がマスク基板内で分布を持つということになり、精度の高い位相シフトマスクを作成することは非常に困難であった。
【００１１】
Ｄ＝λ／２（ｎ−１）（１）
（但し、Ｄは１８０度位相シフトのためのシフター膜厚、ｎはシフター材料の屈折率、λは透過波長である。）
【００１２】
このように、従来技術では、シフター材料を成膜する際に膜欠陥を引き起こすパーティクルの発生があり、無欠陥のシフター膜を成膜することは非常に難しかった。
【００１３】
更に、反応性スパッターにより、大量の反応性ガスを使用したため、パーティクル発生の原因になり、また反応性ガスの取り込まれ方がターゲットの中心方向でばらつくため、基板全面で均質な膜を形成するための制御性に難点があった。ターゲット材料がＭｏＳｉのような焼結体しか使えない点も、欠陥発生や膜質の均一性の観点から大きな問題であった。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、これら従来のハーフトーン位相シフトマスクが持っていた問題を解決し、更に、半導体集積回路が微細化、高集積化しても対応できる位相シフトマスクとその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、位相シフター膜をリチウムタンタレートにて形成すること、この場合、このリチウムタンタレート膜をターゲットとしてリチウムタンタレートの酸化物単結晶を用いてスパッタリング法にて行うことが有効であることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【００１６】
即ち、本発明は、下記位相シフトマスク及びその製造方法を提供する。
請求項１：
露光光が透過する基板上に第２光透過部の位相シフターを形成してなる位相シフトマスクにおいて、上記位相シフターをリチウムタンタレートにて形成したことを特徴とする位相シフトマスク。
請求項２：
上記リチウムタンタレートからなる位相シフターが、透過する露光光の位相を１８０±５度変換し、かつ透過率が３〜４０％である請求項１記載の位相シフトマスク。
請求項３：
露光光を透過する基板上にリチウムタンタレート膜をスパッタリング法で形成する工程、
このリチウムタンタレート膜上にレジストパターンを形成する工程、及び
このレジストパターンを用いてドライエッチング法にてリチウムタンタレート膜をパターン形成する工程
を含むことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
請求項４：
上記スパッタリングをリチウムタンタレートの酸化物単結晶をターゲットに用いて行うようにした請求項３記載の製造方法。
請求項５：
上記スパッタリング法が酸素、窒素及び炭素から選ばれる元素ソースガスを不活性ガスと混合した混合ガスを用いる反応性スパッタリング法である請求項３又は４記載の製造方法。
請求項６：
元素ソースガスを元素比率が不活性ガスに対し流量比で酸素１〜５０％、窒素１〜２０％又は炭素１〜２０％で用いる請求項５記載の製造方法。
請求項７：
リチウムタンタレート膜が、透過する露光光の位相を１８０±５度変換し、３〜４０％の透過率を有するものである請求項３乃至６のいずれか１項記載の製造方法。
【００１７】
本発明において、位相シフター材料としては、従来使われてきたＭｏＳｉのような嵩高い焼結体をターゲット材料にするのではなく、原子レベルで均一な組成の酸化物単結晶をターゲット材料としてスパッタリングを行うことで、ターゲットからのパーティクル発生をできる限り抑制し、しかも基板全面に均質な膜を形成することができる。更に、ターゲット組成に酸素を定量的に含有しているため、反応性ガスからスパッター膜に取り込ませる酸素成分は限られており、透過率や位相シフト角を微調整するためだけに、ごく僅か流すだけで済む。そのため、シフター材料の組成制御を容易に行うことができ、またプラズマ中の気相でのパーティクル成長の影響が少ないため、欠陥のないシフター膜を形成することができる。
【００１８】
また、上記式（１）からもわかるように、リチウムタンタレート膜は屈折率も高いため、比較的薄い膜厚で透過光を１８０度位相シフトさせることもでき、これによりシフター膜厚による露光時の影響（主に焦点深度等）を極力抑えることができる。
【００１９】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の位相シフトマスクは、図１に示したように、石英、ＣａＦ₂等の露光光が透過する基板１上に、シフター膜２をパターン形成してなるものであり、シフター膜間が第１光透過部１ａ、シフター膜２が第２光透過部２ａとなるものであるが、本発明は、この第２光透過部のシフターをリチウムタンタレートにて形成したものであり、この場合、好適には位相差１８０±５度、透過率３〜４０％となるような厚さに形成したものである。
【００２０】
このような位相シフトマスクのリチウムタンタレート膜は、スパッタリング法を用いて形成し得、この場合、より好ましくはリチウムタンタレートの酸化物単結晶をターゲットに用いることが有効であり、このようにリチウムタンタレートをターゲット材に用いる理由は、比較的屈折率が高く、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ光に対して所定の透過率になるようにリアクティブスパッターが行えるからであり、特に酸化物単結晶は、非常に緻密なターゲット材料であるため、反応性ガスを流してスパッターしても、パーティクル発生が少なく膜欠陥を発生し難いためである。
【００２１】
本発明において、スパッタリング方法は、直流で電源を用いたものでも高周波電源を用いたものでもよく、またマグネトロンスパッタリング方式であってもよく、特に限定されるものではないが、ターゲットが絶縁性のため、好ましくはＲＦマグネトロンスパッタリング方式である。
【００２２】
また、スパッタリングガスとしては、アルゴン、キセノン等の不活性ガスを用いて行うことができるが、更に酸素、窒素、炭素のソースとなる各種反応性ガス、例えば酸素ガス、窒素ガス、メタンガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス等を不活性ガスと混合して用い、反応性スパッタリングを行うことが好ましい。反応性ガスを流してリアクティブスパッターを行う理由は、成膜されるリチウムタンタレートの屈折率や透過率を変化させ、シフター材料として最適な膜物性を得るためである。但し、このリアクティブスパッターを行う場合でも、ターゲット中に既に酸素原子が定量的に存在しているため、それ程大量の反応性ガスを流す必要はなく、膜質の改良に流す程度であるため、ターゲット中心部に向かっての膜質均一性は劣化しない。また、ＭｏＳｉハーフトーンマスクのように、ＭｏＳｉターゲットから反応性スパッターで成膜する場合等と比べて、反応性ガスの割合が少ないため、パーティクル発生も起こりにくい。
【００２３】
このように、リチウムタンタレート酸化物単結晶をターゲットとして用いてスパッタリングした位相シフター膜の光透過率や屈折率を微調整して変えたい場合には、反応性スパッタリングにして、Ａｒスパッターガス中に酸素、窒素、メタン、亜酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等の酸素、窒素、炭素ソースとなるガスを混合ガスとして導入することができるが、特にこれらの反応性ガスは、目的に応じて使い分けることが可能で、光透過率が必要な場合には酸素や窒素ガスを導入し、光透過率を下げる必要がある場合には炭素成分を導入することで所定の膜特性に調整することができる。
【００２４】
また、これらの元素ソースガスの割合を変化させることで、屈折率も１．７〜２．４程度の広い範囲で変化させることができる。このように屈折率を変えることにより、同じ膜厚でも位相シフト角を変えることができ、位相シフト量の微妙な調整ができる。
【００２５】
この場合、これらの元素ソースガスは、元素比率が不活性ガスに対して流量比で酸素；１〜５０％、窒素；１〜２０％、炭素；１〜２０％となる範囲で用いることができ、反応性スパッターで用いるガス量としては、比較的少量でシフター膜屈折率を変化させることができる。
【００２６】
ここで、シフター膜の厚さは、式（１）
Ｄ＝λ／２（ｎ−１）（１）
（但し、Ｄは１８０度位相シフトのためのシフター膜厚、ｎはシフター材料の屈折率、λは透過波長である。）
に示した膜厚Ｄになるように成膜される。リチウムタンタレート膜の場合、屈折率が約２．４であり、ｎ＝２．４０の場合には、使用する光源の波長λによって目標とする膜厚が変化する。１８０度の位相シフト角を達成する目標膜厚を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
但し、実際は、短波長になれば屈折率が小さくなるので、膜厚は通常これより厚くする必要がある。また実際の膜厚は、基板面内で分布があるとこれより若干振れるので、成膜時に目標の膜厚で均一に膜付けすることが望まれ、更に、位相シフトマスクに許容される位相角度のズレは通常１８０±５度以内であるので、膜質分布、膜厚分布に注意することが望まれる。
【００２９】
また、位相シフトマスク用のシフター膜は、レジストの露光閾値を越えないレベルである程度の光透過率（約５％程度）を必要とするため、各々の波長に対して５％程度の透過率を有する材料に調整することが望まれ、その場合には、上述したように、酸素、窒素、炭素等のソースとなるガスをスパッタリング時に混合ガスとして用いて、透過率を調整できる。即ち、各々の波長での透過率が不足している場合には、主に酸素・窒素の成分比を多くしてスパッター膜中に酸素・窒素成分を多く取り込ませ、逆に各々の波長での透過率が高すぎる場合には、炭素成分を膜中に多く取り込ませるようにメタン等のガス成分を多くする。
【００３０】
この透過率は、約５％程度が適当であるが、３〜４０％程度であれば、多くの場合にレジストの露光閾値を越えずに有用なシフター材として使用し得る。
【００３１】
本発明の位相シフトマスクを製造する場合は、図２（Ａ）に示したように、上記のようにして基板１１上にスパッタリングによりリチウムタンタレート膜１２を形成した後、レジスト膜１３を形成し、図２（Ｂ）に示したように、レジスト膜１３をパターニングし、更に、図２（Ｃ）に示したように、リチウムタンタレート膜１２をドライエッチングした後、図２（Ｄ）に示したように、レジスト膜１３を剥離する方法が採用し得る。この場合、レジスト膜の塗布、パターニング（露光、現像）、ドライエッチング、レジスト膜の除去は、公知の方法によって行うことができる。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３３】
〔実施例１〕
図３に示す高周波スパッタリング装置を用いて、石英基板上にリチウムタンタレート膜を成膜した。なお、図３において、２０は高周波スパッタリング本体、２１は石英基板、２２はターゲットであり、ターゲットとしてはリチウムタンタレート単結晶を用い、スパッターガスとしてアルゴンを３０ｓｃｃｍ、反応性ガスとしてメタンを１ｓｃｃｍで用い、その混合ガス（Ａｒ混合ガス）を図３に示すようにシャワー方式で流して、リアクティブスパッタリングを行って、９５４Åのシフター膜を得た。
スパッタリング条件を表２に、得られた膜特性を表３に示す。
【００３４】
【表２】

【００３５】
【表３】

【００３６】
〔実施例２〜４〕
スパッタリング条件を表４に示す条件とした以外は実施例１と同様にしてシフター膜を作成した。その膜特性を表５に示す。
【００３７】
【表４】

【００３８】
【表５】

【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、膜欠陥を引き起こすパーティクルの発生が抑制され、均質なシフター膜を有する高精度の位相シフトマスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る位相シフトマスクの断面図である。
【図２】位相シフトマスクの製造法の説明図で、（Ａ）はレジスト膜を形成した状態、（Ｂ）はレジスト膜をパターニングした状態、（Ｃ）はドライエッチングを行った状態、（Ｄ）はレジスト膜を除去した状態の断面図である。
【図３】実施例で用いた高周波スパッタリング装置の概略図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）はハーフトーン位相シフトマスクの原理を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ部の部分拡大図である。
【符号の説明】
１，１１，２１基板
２，１２リチウムタンタレート膜
１ａ第１光透過部
２ａ第２光透過部
２２リチウムタンタレートターゲット

Claims

露光光が透過する基板上に第２光透過部の位相シフターを形成してなる位相シフトマスクにおいて、上記位相シフターをリチウムタンタレートにて形成したことを特徴とする位相シフトマスク。
上記リチウムタンタレートからなる位相シフターが、透過する露光光の位相を１８０±５度変換し、かつ透過率が３〜４０％である請求項１記載の位相シフトマスク。
露光光を透過する基板上にリチウムタンタレート膜をスパッタリング法で形成する工程、
このリチウムタンタレート膜上にレジストパターンを形成する工程、及び
このレジストパターンを用いてドライエッチング法にてリチウムタンタレート膜をパターン形成する工程
を含むことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
上記スパッタリングをリチウムタンタレートの酸化物単結晶をターゲットに用いて行うようにした請求項３記載の製造方法。
上記スパッタリング法が酸素、窒素及び炭素から選ばれる元素ソースガスを不活性ガスと混合した混合ガスを用いる反応性スパッタリング法である請求項３又は４記載の製造方法。
元素ソースガスを元素比率が不活性ガスに対し流量比で酸素１〜５０％、窒素１〜２０％又は炭素１〜２０％で用いる請求項５記載の製造方法。
リチウムタンタレート膜が、透過する露光光の位相を１８０±５度変換し、３〜４０％の透過率を有するものである請求項３乃至６のいずれか１項記載の製造方法。